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某科學の超電報

如果睡眠不足,大腦會開始自己吃自己?

你可能聽過一些為什麼睡覺很重要的說法,例如熬夜會造成身體代謝混亂,以及大腦需要趁睡覺時清垃圾修剪白天的記憶等,如果這些都嚇不倒你(咦),現在有新研究發現,如果睡眠不足,大腦會更積極清理突觸,而且積極到了「自己吃自己」的程度?

在大腦中,有各種輔助神經系統運作的膠質細胞(glial cell),如負責修剪神經元前端的突觸、協助神經網路重新塑形的「星形膠質細胞(astrocyte)」,以及會吃掉腦內壞東西與老舊細胞的「微膠細胞( microglial cell)」等。

而義大利馬爾凱理工大學(Marche Polytechnic University)研究團隊透過小鼠實驗發現,睡眠不足會刺激這群膠質細胞超量工作,詳細研究發表在第 21 期《神經科學期刊》(Journal of Neuroscience)。

可是,清理老舊細胞與修整神經網路對大腦運作都有幫助,那這些細胞拼命工作不是好事嗎?短期看起來是沒錯,但神經學家兼研究團隊領導人米歇爾.貝萊希(Michele Bellesi)表示,長期「超量工作」會對大腦造成傷害。這或許可以解釋為什麼長期睡眠不足會增加罹患神經退化疾病的風險--因為大腦中該清理的、不該清理的都被清掉啦!

為了理解睡眠不足對大腦的影響,研究團隊將小鼠的睡眠狀況分成四組,再比較牠們腦內星形膠質細胞的活躍程度:

  • 第一組讓小鼠自由睡上六到八小時(正常睡眠組
  • 第二組的小鼠會定期從睡眠中被喚醒(自發性清醒組
  • 第三組的小鼠連續八小時不能睡覺(急性睡眠不足組
  • 第四組的小鼠連續五天只能睡平常 1/3 至 1/4 的睡眠時間(模擬人類長期睡不夠的慢性睡眠不足組

科學家發現,如果小鼠睡眠完全不受干擾,大腦中 5.7% 神經突觸的星形膠質細胞會顯得活躍;如果小鼠定期從睡眠中被喚醒,7.3% 突觸的星形膠質細胞表現活躍;而對急性睡眠不足組與慢性睡眠不足組的小鼠來說,大腦中星形膠質細胞活躍的範圍就更廣了,分別是 8.4% 與 13.5%。

此外,科學家注意到當小鼠連續八小時不能睡覺與更長時間睡眠不足,會促使星形膠質細胞更積極修剪老舊的突觸,甚至出現類似微膠細胞的吞噬行為(phagocytosis)--也就是大腦開始自己吃自己啦。

「這是我們第一次呈現部分的神經突觸,因為缺乏睡眠被星形膠質細胞『吃掉了』」

但其實跟家具用久了比較容易壞,需要時不時補個漆、換個桌腳椅腳。星形膠質細胞主要的下手目標,也是腦中最大、最成熟也最常使用的突觸,所以被分解掉不一定是壞事。但是,科學家發現比較尷尬的是,長期的睡眠不足也刺激了大腦的微膠細胞,讓它們出現失控的吞噬行為,這情形跟罹患神經退化疾症的大腦有點像。法國波爾多大學( University of Bordeaux)2009 年曾發現「缺乏睡眠讓人更容易癡呆」,也許這就是原因之一。

所以人類大腦也會出現一樣的狀況嗎?長期睡眠不足的膠質細胞會崩潰多久(咦)?已經熬夜五天現在睡覺還來得及嗎?膠質細胞大吃特吃的狀況跟神經退化疾病有直接關係嗎?這些問題都得靠科學家繼續研究啦。

 

原始論文:

  • Michele Bellesi et al. Sleep Loss Promotes Astrocytic Phagocytosis and Microglial Activation in Mouse Cerebral Cortex, Journal of Neuroscience

參考資料:


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